Silicone & Specialties “Silicone: precisione di dosaggio e stabilità di portata”
La precisione di dosaggio nei sistemi che impiegano tubi in silicone per applicazioni medicali, farmaceutiche, alimentari ed industriali dipende in modo diretto dalla qualità del tubo estruso e dalla sua stabilità durante l’esercizio.
Con diametri interni di dimensioni ridotte le variazioni anche minime di geometria, rugosità interna o deformabilità possono alterare in modo significativo la portata, quando invece sono necessari ripetibilità ciclica, assenza di picchi o cadute di portata, risposta prevedibile sotto pressione e assenza di residui o ristagni.
Come ci spiega Silicone & Specialties, la costanza di portata è influenzata principalmente da:
- rugosità interna,
- variazioni di diametro interno (tolleranze, ovalizzazione),
- deformazione elastica sotto pressione,
- creep elastico,
- geometria delle connessioni e dei raccordi, zone di ristagno,
- caratteristiche reologiche del fluido.
La costanza del diametro interno è fondamentale, in quanto variazioni di pochi decimi possono modificare sensibilmente la portata, creando fluttuazioni di flusso. L’ovalizzazione del tubo, causata da un tiraggio o da un raffreddamento disuniforme, altera la distribuzione della pressione interna.
La deformazione elastica è la risposta immediata del silicone a una sollecitazione: sotto pressione le pareti si flettono e la sezione utile si modifica, con effetto diretto sulla portata. A questo fenomeno si aggiunge il creep elastico, ossia la deformazione che si sviluppa nel tempo sotto carico costante. In pratica, anche mantenendo la stessa pressione di esercizio, il tubo può allargarsi o comprimersi gradualmente: il diametro interno può cambiare lentamente e la portata può deviare rispetto al valore iniziale.
Il creep elastico è particolarmente rilevante quando il sistema lavora per periodi prolungati. Per applicazioni che richiedono stabilità di portata su cicli lunghi o continui, ignorare il creep può tradursi in derive progressive della portata, perdita di precisione e necessità di frequenti ritarature.
La qualità dell’estrusore e l’esperienza dell’operatore unitamente ai processi di controllo sono determinanti: le condizioni della testa di estrusione, la velocità di estrusione e tiraggio e le condizioni di raffreddamento nonché la temperatura, la viscosità e l’omogeneità della mescola possono essere fondamentali per ottenere tubi con superficie liscia e regolare.
Una superficie interna con micro-irregolarità aumenta il rischio di perdite di carico e di variazione di portata tra un ciclo e l’altro.
Il dead volume rappresenta zone in cui il fluido può ristagnare o circolare in modo non uniforme: deve essere oggetto di analisi critica in quanto la sua presenza può determinare una riduzione della precisione di dosaggio, ritardi nella risposta, contaminazione crociata (per fluidi medicali o chimici), difficile pulizia e tempo di ciclo maggiore.
Il costituirsi di zone di ristagno molto frequentemente dipende dalle modalità con cui il tubo è integrato nel sistema. Ad esempio, la presenza di raccordi con spigoli vivi o di transizioni improvvise di diametro possono rallentare il flusso, fare accumulare residui, alterare la portata e rendere difficoltosa la pulizia.
Occorre poi definire la mescola più idonea per la realizzazione dei tubi tenendo presente rigidità e deformabilità, compatibilità chimica, risposta su cicli prolungati, resistenza a solventi, oli, sostanze chimiche.
Diversi parametri vanno quindi monitorati definendo range di oscillazione massima, test e misure da eseguire andando ad identificare misure di mitigazione contro deformazioni e creep.